12.1 : Tranzystor bipolarny

Tranzystory bipolarne (BJT) to istotne elementy obwodów elektronicznych, odgrywające kluczową rolę w funkcjonowaniu wzmacniaczy, pamięci i mikroprocesorów. Tranzystory te można zaprojektować jako NPN lub PNP w oparciu o ich wzorce domieszkowania. Składają się z trzech warstw: emitera, podstawy i kolektora. Konfiguracja tych warstw i ich odpowiednie poziomy domieszkowania – z zanieczyszczeniami typu N lub P – definiują typ tranzystora i jego charakterystykę operacyjną.

Struktura BJT obejmuje dwa złącza p-n, tworzące konfigurację przypominającą kanapkę, w której emiter jest silnie domieszkowany w celu wstrzyknięcia nośników do podstawy, która jest umiarkowanie domieszkowana i bardzo cienka. Taka konstrukcja zapewnia sprawny transport nośnika po urządzeniu. Kolektor, lekko domieszkowany i szerszy, zbiera te nośniki. Ta warstwowa konstrukcja i strategia domieszkowania mają kluczowe znaczenie dla funkcjonalności tranzystora, umożliwiając mu skuteczne wzmacnianie lub przełączanie sygnałów elektrycznych.

Termin „bipolarny” odnosi się do wykorzystania zarówno elektronów, jak i dziur jako nośników ładunku w działaniu tych tranzystorów, w przeciwieństwie do urządzeń jednobiegunowych, które opierają się wyłącznie na jednym typie nośnika ładunku. Ten mechanizm podwójnej nośnej zwiększa elastyczność BJT w szerokim zakresie zastosowań elektronicznych.

W obwodach cyfrowych BJT są często stosowane jako przełączniki włączające i wyłączające przepływ prądu. Ich zdolność do wzmacniania sygnałów w obwodach analogowych czyni je nieocenionymi wzmacniaczami. Kierunek przepływu prądu w BJT, oznaczony strzałką na symbolu obwodu, dodatkowo odróżnia jego konfigurację NPN lub PNP, podkreślając warunek polaryzacji w kierunku przewodzenia niezbędny do jego działania. Tranzystor bipolarny nadal jest istotnym elementem nowoczesnej elektroniki, a jego zastosowania rozciągają się od wzmacniania sygnału po przełączanie cyfrowe.